PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA
SURYA DENGAN MENGGUNAKAN KOLEKTOR BERSIRIP
DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN CABAI MERAH
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
MUHARDITYAH
NIM.110421063
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGAN TAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Adapun judul dari skripsi ini yaitu ” PENGUJIAN PERFORMANSI MESIN PENGERING TENAGA SUR YA DENGAN MENGGUNAKAN KOLEKTOR BERSIRIP DAN PRODUK YANG DIKERINGKAN CABAI MERAH”.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak kesulitan dan kendala akan tetapi penulis juga mendapat dukungan dari berbagi pihak berupa semangat doa nasehat maupun spirit yang terus menopang penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Maka pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir . Mulfi Hazwi, M. Sc dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara .
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara .
4. Orang Tua penulis, adik dan seluruh keluarga tercinta yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materil kepada penulis tanpa pamrih.
5. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Rekan-rekan 1 tim skripsi, Andri M. Sijabat dan Aprizal Nasution yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi bertukar pikiran juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis.
8. Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh mahasiswa Teknik Mesin Ekstensi 2011 dan rekan-rekan yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, para abang senior Magister Teknik Mesin, semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.
Dalam menyelesaikan tugas ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna menyusun skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata, Penulis mengharapkan semoga Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Juni 2014 Penulis,
Muhardityah
ABSTRAK
Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengeringkan produk hasil pertanian, perkebunan, dan lain- lain. Salah satu produk hasil pertanian yang dikeringkan mesin pengering ini adalah Cabai Merah. Tujuan pengujian ini adalah mengetahui kadar air dan kandungan vit.C yang terdapat dalam cabai merah sebelum dan sesudah pengeringan. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan kolektor akan diserap oleh plat
absorber yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang dihasilkan oleh absorber
akan mengalir ke dalam box pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang
box pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas tray dan membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air keluar melewati chimney. Pengujian dilakukan pada pukul 09:00 – 17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah. Efisiensi rata-rata kolekor surya alat pengering selama proses pengujian sampe l pertama dan kedua adalah 69,70%. Alat yang dirancang adalah kolektor surya tipe plat bersirip dengan ukuran 2m x 2m x 0,17m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu, steyrofoam dan rock woll sebagai isolator. Selain kolektor, dirancang juga ruang pengering sebagai tempat pengeringa hasil pertanian dengan ukuran 2m x 1m x 1m. Sampel yang digunakan dalam pengujian alat ini adalah cabai merah.
DAFTAR ISI 2.1 Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan ... 6
2.1.1 Pasca Panen Cabai ... 6
2.6.1 Karakteristik Matahari ... 15
2.6.2 Teori Dasar Radiasi Matahari ... 17
2.6.3 Rumusan Radiasi Matahari ... 18
2.7 Kolektor Surya ... 25
2.7.1 Komponen-komponen Kolektor Surya ... 25
2.8 Perpindahan Panas ... 30
2.8.1 Perpindahan Panas Konduksi ... 30
2.8.2 Perpindahan Panas Konveksi ... 31
2.8.3 Perpindahan Panas Radiasi ... 33
2.8.4 Perpindahan Massa ... 33
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pendahuluan ... 36
4.2 Analisa Model Persamaan Pengeringan Sampel ... 62
4.2.1 Analisa Model Pengeringan Sampel Pertama ... 63
4.2.2 Analisa Model Pengeringan Sampel Kedua ... 65
4.3 Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering ... 67
4.3.1 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Pertama Tanggal 25April2014 ... 67
4.3.2 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Pertama Tanggal 26April2014 ... 68
4.3.3 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Kedua Tanggal 05Mei2014 ... 69
4.3.4 Data Pengukuran RH dan Temperatur Ruang Pengering Sampel Kedua Tanggal 06Mei2014 ... 70
4.4 Perhitungan Efisiensi Kolektor ... 71
4.4.2 Menghitung Panas Yang Digunakan Kolektor (Qu)... 71
4.4.3 Efisiensi Alat Pengering ... 72
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 76 5.2 Saran ... 76
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Standart Kualitas Cabai Merah Segar (SNI 01-4480-1989) ... 7
Tabel 2.2 Standart Mutu Cabai Kering (SNI 01-3389-1994)... 9
Tabel 2.3 Urutan Hari Berdasarkan Bulan ... 20
Tabel 2.4 Faktor Koleksi Iklim ... 24
Tabel 3.1 Spesifikasi Load Cell ... 40
Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer ... 41
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor ... 42
Tabel 3.4 Spesifikasi Measurement Apparatus ... 43
Tabel 3.5 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor ... 43
Tabel 4.1 Data Radiasi Pengukuran Tanggal 25 April 2014 ... 53
Tabel 4.2 Perhitungan Urutan Hari Berdasarkan Bulan ... 54
Tabel 4.3 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 25April2014 ... 58
Tabel 4.4 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 26April2014 ... 59
Tabel 4.5 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 05Mei2014 ... 60
Tabel 4.6 Data Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Pengukuran 06Mei2014 ... 61
Tabel 4.12 RH dan Temperatur Ruangan Pengering Sampel 2 Hari 2 ... 70
Tabel 4.13 Data Perhitungan Panas dan Efisiensi Kolektor 25 Maret 2014 ... 72
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Matahari ... 15
Gambar 2.2 Radiasi Surya ... 17
Gambar 2.3 Lapisan Atmosfer Bumi ... 18
Gambar 2.4 Pergerakan Bumi Terhadap Matahari ... 19
Gambar 2.5 Hubungan Matahari Dengan Bumi ... 19
Gambar 2.6 Sudut Sinar dan Posisi Sinar Matahari ... 22
Gambar 2.7 Komponen-komponen Umum Kolektor ... 26
Gambar 2.8 Kolektor Surya Plat Datar ... 28
Gambar 2.9 Kolektor Surya Prismatic ... 28
Gambar 2.10 Kolektor Surya Konsentrator ... 29
Gambar 2.11 Evacuated Tube Collector ... 29
Gambar 2.12 Perpindahan Panas Konduksi ... 30
Gambar 2.13 Perpindahan Panas Koveksi ... 31
Gambar 2.14 Perpindahan Panas Konveksi pada Plat Datar ... 32
Gambar 2.15 Perpindahan Panas Radiasi ... 33
Gambar 3.1 Laptop ... 37
Gambar 3.2 Agilient 34972 A ... 37
Gambar 3.3 Spesifikasi Agilient 34972 A ... 39
Gambar 3.4 Load Cell ... 40
Gambar 3.5 Hobo Microstation data logger ... 41
Gambar 3.6 Alat Ukur Hobo Microstation data Logger ... 44
Gambar 3.7 Mesin Pengering ... 46
Gambar 3.8 Triplek ... 47
Gambar 3.10 Kaca ... 48
Gambar 3.11 Styrofoam ... 48
Gambar 3.12 Plat Aluminium ... 49
Gambar 3.13 Lem Kaca ... 49
Gambar 3.14 Cat Minyak ... 49
Gambar 3.15 Rangkain Pengujian ... 50
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran
pada Tanggal 25April2014 ... 59
Grafik 4.2 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 26April2014 ... 60
Grafik 4.3 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 05Mei2014 ... 61
Grafik 4.4 Grafik Perbandingan Radiasi Teoritis Dengan Radiasi Pengukuran pada Tanggal 06Mei2014 ... 62
Grafik 4.5 Moisture Ratio Pada Sampel 1 ... 65
Grafik 4.6 Moisture Ratio Pada Sampel 2 ... 66
Grafik 4.7 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 1 Hari ke-1 ... 67
Grafik 4.8 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 1 Hari ke-2 ... 68
Grafik 4.9 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 2 Hari ke-1 ... 69
Grafik 4.10 Grafik RH dan Temperatur Ruangan Sampel 2 Hari ke-2 ... 70
Grafik 4.11 Grafik Waktu vs Temperatur tanggal 25 Maret 2014 ... 73
Grafik 4.12 Grafik Waktu vs Intensitas Radiasi Matahari dan Efisiensi ... 73
Grafik 4.13 Grafik Waktu vs Temparatur tanggal 10 April 2014 ... 75
ABSTRAK
Kolektor surya plat datar merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengeringkan produk hasil pertanian, perkebunan, dan lain- lain. Salah satu produk hasil pertanian yang dikeringkan mesin pengering ini adalah Cabai Merah. Tujuan pengujian ini adalah mengetahui kadar air dan kandungan vit.C yang terdapat dalam cabai merah sebelum dan sesudah pengeringan. Pada kolektor surya, radiasi matahari yang jatuh di permukaan kolektor akan diserap oleh plat
absorber yang diteruskan oleh kaca sehingga panas yang dihasilkan oleh absorber
akan mengalir ke dalam box pengering secara konveksi natural. Di dalam ruang
box pengering panas mengalir melewati produk yang diletakkan di atas tray dan membawa kadar air produk dengan mengalami proses penguapan dan membawa uap air keluar melewati chimney. Pengujian dilakukan pada pukul 09:00 – 17:00 WIB pada saat kondisi cuaca cerah. Efisiensi rata-rata kolekor surya alat pengering selama proses pengujian sampe l pertama dan kedua adalah 69,70%. Alat yang dirancang adalah kolektor surya tipe plat bersirip dengan ukuran 2m x 2m x 0,17m. Kolektor surya terdiri dari lapisan kayu, steyrofoam dan rock woll sebagai isolator. Selain kolektor, dirancang juga ruang pengering sebagai tempat pengeringa hasil pertanian dengan ukuran 2m x 1m x 1m. Sampel yang digunakan dalam pengujian alat ini adalah cabai merah.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada tahun 1996 Gustav Grob menekankan lagi prediksi Club of Rome di awal tahun 1970an bahwa bahan bakar fosil, yang sifatnya mencemarkan lingkungan, kian berkuang jumlahnya dan dalam waktu dekat akan diganti oleh sumber energi terbarukan yang lebih bersahabat dengan lingkungan yang meliputi sumber-sumber energi surya, biomassa, angin, hidro, dan lain- lain. Ketergantungan kita atas bahan bakar fosil mungkin akan berlanjut sampai beberapa dekade lagi tetapi dalam jumlah yang jauh lebih kecil dari apa yang di konsumsikan sebelum tahun 2000.
Penggunaan energi fosil saat ini diperkirakan akan terus meningkat disebabkan karena tetap meningkatnya jumlah penduduk dunia, yang memerlukan pangan dan kesejahteraan serta kualitas hidup yang lebih baik, yang hanya dapat dipenuhi dengan pemacuan proses industrialisasi. Sebagai konsekuensi energi yang merupakan motor penggerak industrialisasi tersebut. Sejauh mana pengurangan konsumsi bahan bakar fosil untuk kedepannya tergantung kepada kesadaran kita terhadap masalah serta dampak pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh pemakaian bahan bakar fosil tersebut, dan perkembangan hasil teknologi energi alternatif.
Sinar matahari adalah salah satu gelombang elektromagnetik yang memancarkan energi yang disebut dengan energi surya ke permukaan bumi secara terus menerus. Energi ini mempunyai sifat antara lain tidak bersifat polutan, tidak dapat habis (terbarukan) dan juga gratis. Tetapi, potensi energi yang sangat besar ini belum dimanfatkan secara optimal dan masih terbuang begitu saja.
cuaca cerah akan disinari matahari selama 6 – 7 jam dalam sehari. Sifat radiasi matahari yang diperoleh di daerah ini dapat dikatakan lebih kecil perubahannya terhadap rata- rata tiap tahunnya. Dilain pihak, pancaran radiasi ini sifatnya periodik setiap hari dan setiap tahunnya secara terus menerus.
Ada dua cara memanfaatkan energi surya yang berlimpah ini, yaitu dengan sel surya dan surya termal. Teknologi dengan sel surya tergolong efisien dan bersih, tetapi memerlukan peralatan yang cukup mahal. Sementara, teknologi surya termal adalah mengumpulkan radiasi surya dalam bentuk panas. Cara ini umumnya tidak membutuhkan peralatan yang rumit dan relatif lebih mudah untuk dilakukan. Secara global pemanfaatan energi surya termal masih jauh lebih banyak dibanding sel surya. Fakta ini menunjukkan bahwa tersedia energi surya yang cukup besar dan dapat dimanfaatkan dalam bentuk energi termal.
proses pengeringan termasuk salah satu penyumbang pelepasan karbon dioksida ke alam yang relatif besar.
Untuk mengurangi pemakaian energi berbasis fosil yang akan menyebabkan pemanasan global, salah satunya adalah pemanfaatan energi sinar matahari. Pemanfaatan energi sinar matahari dapat digunakan pada mesin pengering, seperti mesin pengering hasil pertanian dan perkebunan. Pengolahan pasca panen hasil pertanian atau perkebunan mempunyai peranan penting dalam kehidupan masyarakat Indonesia, yang sekaligus juga merupakan sumber pemasukan devisa negara yang cukup besar. Dengan penerapan sistem energi sinar matahari pada teknologi ini, diharapkan akan mempercepat proses pengeringan hasil pertanian dan perkebunan. Selain untuk mempercepat pengeringan, juga dapat menjaga mutu dan kwalitas hasil pertanian dan perkebunan tersebut. Hal- hal inilah yang melatarbelakangi tugas akhir ini.
1.2 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam pengujian ini adalah :
1. Lokasi pengujian di kota Medan yang terletak pada posisi 3,43 oLU sampai 98,44 oBT dan ketinggian 37,5 meter dari permukaan laut.
2. Kemiringan sudut solar collector adalah 45o.
3. Pengujian dilakukan mulai pukul 09.00 WIB sampai 17.00 WIB. 4. Pengujian dilakukan pada saat kondisi cuaca cerah.
5. Produk hasil pertanaian dan perkebunan yang dipakai adalah Cabai Merah.
1.3 Tujuan Pengujian
Adapun tujuan dari pengujian ini adalah:
1. Untuk memperoleh kurva pengurangan kadar air (MR = moisture ratio) suatu produk hasil pertanian dan perkebunan terhadap waktu dengan alat pengering tenaga surya.
2. Untuk mengetahui perubahan kandungan yang terdapat dalam cabai merah
seperti Vit. C dan karoten sebelum dan sesudah pengeringan.
4. Untuk mempercepat proses pengeringan produk hasil pertanaian dan perkebunan menggunakan alat pengering.
1.4 Manfaat Pengujian
Adapun manfaat dari pengujian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk mengurangi penggunaan listrik dan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui lainnya.
2. Untuk mengurangi pemanasan global dengan menggunakan energi bersih. 3. Untuk memberi model alat pengering untuk pengeringan hasil pertanian dan
perkebunan yang dapat dikembangkan di masyarakat luas.
4. Untuk memberi sumbangsih yang nyata dari departemen Teknik Mesin dalam perkembangan teknologi pengolahan produk hasil pertanian dan pertanian.
1.5 Sistematika Penulisan
Agar penulisan skripsi ini tersusun secara sistematis dan mudah untuk dipahami, maka skripsi ini disusun kedalam beberapa bagian, yaitu:
BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab ini menjelaskan pendahuluan tentang studi kasus dan pemecahan masalah yang berisi antara lain : Latar belakang, batasan masalah, tujuan pengujian, manfaat pengujian , dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini dibahas mengenai teori- teori dan topik yang berhubungan dengan penulisan skripsi. Dasar teori diperoleh dari berbagai sumber dan literatur, diantaranya: buku-buku literatur, jurnal, e-book, dan website.
BAB III : METODOLOGI PENGUJIAN
dan tempat pengujian, alat dan bahan pengujian, experimental set up, dan langkah-langkah pengujian.
BAB IV : DATA D AN ANALISA DATA
Pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang telah diperoleh dari hasil pengujian yang telah dilakukan.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Di dalam bab ini berisi kesimpulan dari penulisan tugas akhir dan saran-saran yang dapat digunakan sebagai tindak lanjut dari pengujian yang telah dilakukan.
DAFTAR PUSTAKA
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengeringan Hasil Pertanian dan Perkebunan
Pengeringan hasil pertanian dan perkebunan merupakan salah satu unit operasi energi paling intensif dalam pengolahan pasca panen. Unit operasi ini diterapkan untuk mengurangi kadar air produk seperti berbagai buah-buahan, sayuran, dan produk pertanian atau perkebunan lainnya setelah panen. Pengeringan adalah proses pemindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan panas untuk menguapkan air dari permukaan bahan tanpa mengubah sifat kimia dari bahan tersebut. Dasar dari proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dan bahan yang dikeringkan. Laju pemindahan kandungan air dari bahan akan mengakibatkan berkurangnya kadar air dalam bahan tersebut.
Pada prinsipnya, pengeringan hasil pertanian dan perkebunan bertujuan untuk mengurangi kadar air yang terkandung pada bahan sampai pada kadar air yang diinginkan. Tujuan mengurangi kadar air adalah untuk memperpanjang kehidupan rak-produk bio-asal dengan mengurangi kadar air ke tingkat yang cukup rendah sehingga menghambat pertumbuhan mikroorganisme, reaksi enzimatik, dan reaksi lainnya yang memperburuk produk pertanian dan perkebunan tersebut.
Faktor-faktor yang berpengaruh dalam proses pengeringan adalah suhu, kelembaban udara, laju aliran udara, kadar air awal bahan dan kadar air akhir bahan.
2.1.1 Pasca Panen Cabai
Umumnya buah cabai merah dipetik apabila telah masak penuh, ciri-tepat masak dan tidak segera dipasarkan akan terus melakukan proses pemasakan, sehingga perlu adanya penempatan khusus. Oleh karena itu hasil produksi cabai merah sebaiknya ditempatkan pada ruang yang sejuk, terhindar dari sinar matahari, cukup oksigen dan tidak lembab (Anonimb, 2011).
Cabai merah besar merupakan salah satu jenis sayuran yang mempunyai kadar air yang cukup tinggi pada saat panen. Selain masih mengalami proses respirasi, cabai merah akan mengalami proses kelayuan. Sifat fisiologis ini menyebabkan cabai merah memiliki tingkat kerusakan yang dapat mencapai 40%. Daya tahan cabai merah segar yang rendah ini menyebabkan harga cabai merah di pasaran sangat berfluktuasi. Alternatif teknologi penanganan pascapanen yang tepat dapat menyelamatkan serta meningkatkan nilai tambah produk cabai merah (Prayudi, 2010).
Tabel 2.1 Kualitas cabai merah besar segar berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI 01-4480-1989)
No Jenis Uji Persyaratan
Mutu I Mutu II Mutu III
1. Keseragaman Warna Merah>95% Merah≥9η% Merah≥9η%
a. Cabai merah besar segar
6. Tingkat Kerusakan dan Busuk a. Cabai merah besar Sumber: Departement Pertanian, Standart Mutu Indonesia SNI 01-4480-1989
2.1.2 Konsep Dasar Penge ringan
Pengeringan adalah proses pengeluaran air dari suatu bahan pertanian menuju kadar air kesetimbangan dengan udara sekeliling atau pada tingkat kadar air dimana mutu bahan pertanian dapat dicegah dari serangan jamur, enzim aktifitas serangga (Hederson and Perry, 1976). Sedangkan, menurut Hall (1957) and Brooker et. al. (1981), proses pengeringan adala h proses pengambilan atau penurunan kadar air sampai batas tertentu sehingga dapat memperlambat laju kerusakan bahan pertanian akibat aktivitas biologis dan kimia sebelum bahan diolah atau dimanfaatkan.
Pengeringan meruapaka salah satu cara dalam teknologi pangan yang dilalakukan dengan tujuan pengawetan. Manfaat lain dari pengeringa adalah memperkecil volume dan berat bahan disbanding kondisi awal sebelum pengeringan. Sehingga, akan menghemat ruang (Rahman dan Yuyun, 2005).
Kelembaban udara (RH) juga mempengaruhi proses pengeringan. Kelembaban udara berbanding lurus dengan waktu pengeringan. Semakin tinggi kelembaban udara maka proses pengeringan (waktu pengeringan) akan berlangsung lebih lama. Apabila bahan pangan dikeringkan dengan menggunakan udara sebagai medium pengering, maka semakin panas udara tersebut semakin cepat perngeringan. Berbeda dengan RH, kecepatan aliran udara berbanding tebalik dengan waktu pengeringa. Semakin tinggi kecepatan aliran uda ra, proses pengeringan akan berjalan lebih cepat (Brooker, dkk., 1981).
Faktor lain yaitu kadar air bahan yang dikeringkan bahwa pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air bahan untuk menghambat perkembangan organism pembusuk. Kadar air suatu bahan berpengaruh terhadap banyaknya air yang diuapkan dan lamanya proses pengeringan. Kadar air bahan pangan dapat dinyatakan sebagai kadar air basi kering dan kadar air basis basah. Kadar air basis kering adalah perbandingan berat air dalam bahan dengan berat bahan keringnya. Kadar air basis basah adalah perbandingan berat air dalam bahan dengan berat bahan total (Heldman and Signh, 1981).
Tabel 2.2 Standart Mutu Cabai Kering (SNI 01-3389-1994).
No Jenis Uji Satuan Persyaratan
Mutu I Mutu II
Sumber: Standart Nasional Indonesia, 1994.
mengurangi jarak gerak panas untuk samapi ke bahan yang dikeringkan (Muchtadi, 1989).
2.1.3 Kadar Air
Salah satu faktor yang mempengaruhi proses pengeringan adalah kadar air, pengeringan bertujuan untuk mengurangi kadar air bahan untuk menghambat perkembangan organisme pembusuk. Kadar air suatu bahan berpengaruh terhadap banyaknya air yang diuapakan dan lamanya proses pengeringan (Taib, dkk., 1988).
Kadar air suatu bahan merupakan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan yang dinyatakan dalam persen basis basah (wet basis) atau dalam persen basis kering (dry basis). Kadar air basis basah mempunyai batas maksimum teoritis sebesar 100%, sedangkan kadar air basis kering lebih rendah dari 100%. Kadar air basis basah (b,b) adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam bahan dengan berat total bahan.
Kadar air basis basah dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
%
Kadar air basis kering (b,k) adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam bahan dengan berat padatan yang ada dalam bahan. Kadar air berat kering dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Wd = Berat bahan kering (g) Wt = Berat total (g)
Kadar air basis kering adalah berat bahan setelah mengalami pengeringan dalam waktu tertentu sehingga beratnya konstan. Pada proses pengeringan, air yang terkandung dalam bahan tidak seluruhnya diuapkan meskipun demikian hasil yang diperoleh disebut juga sebagai berat bahan kering (Anonime, 2011).
2.2 Defenisi Vitamin C
Vitamin C adalah vitamin yang berbentuk Kristal putih agak kuning tidak berbau, mudah larut dalam air, terasa asam, mencair pada suhu 190-192oCdan merupakan suatu asam organik. Rumus molekul vitamin C adalah (C6H8O6) dan
berat molekulnya adalah 176.13. Vitamin C mempunyai dua bentuk molekul aktif yaitu bentuk tereduksi (asam askrobat) dan bentuk teroksidasi (asam dehidro askrobat). Bila asam dehidroaskrobat teroksidasi lebih lanjut akan berubah menjadi asam diketoglukonat yang tidak aktif secara biologis. Manusia lebih banyak menggunakan asam askrobat dalam bentuk L; bentuk D asam askrobat hanya dimetabolisme dalam jumlah sedikit. D asam askrobat banyak digunakan sebagai bahan pengawet (daging). Manusia tidak dapat mensintesis asam askrobat dalam tubuhnya karena tidak mempunyai enzim untuk mengubah glukosa atau galaktosa menjadi asam askrobat, sehingga harus disuplai dari makanan.
2.3 Metode Penetapan Kadar Vitamin C
1. Metode Fisika
a. Metode Spektroskopis
Metode ini berdasarkan pada kemampuan vitamin C yang telarut dalam air menyerap ultraviolet dengn panjang maksimum 265 nm. b. Metode Polarografik
2. Metode Kimia
Metode kimia merupakan metode yang paling banyak dan paling sering digunakan. Sebagian besar metode didasarkan pada kemampuan daya reduksi yang kuat dari vitamin C.
Macam- macam penetapan metode kimia antara lain: a. Titrasi dengan Iodimetri
Iodimetri akan mengoksidasi senyawa-senyawa yang mempunyai potensial reduksi yang lebih kecil dibandingkan iodium dimana hal ini potensial reduksi iodium +0,535 volt, karena vitamin C mempunyai potensial reduksi yang lebih kecil (+0,116 volt) dibandingkan iodium
sehingga dapat dilakukan titrasi langsung dengan iodium
(Andarwulan, 1992; Rohman, 2007). b. Titrasi dengan Metylen Blue
Vitamin C dapat direduksi oleh metylen blue dengan bantuan cahaya menjadi senyawa leuco (leuco- metylene blue). Reaksi ini sering digunakan untuk menentukan vitamin C secara kuantitatif.
c. Titrasi dengan 2,6-dikhlorofenol indofenol
Metode ini adalah cara yang paling banyak digunakan untuk menentukan vitamin C dalam bahan pangan. Disamping mengoksidasi vitamin C, pereaksi indofenol juga mengoksidasi senyawa lain, misalnya senyawa-senyawa sulfidhril, thiosianat, senyawa-senyawa piridimium, bentuk tereduksi dari turunan asam nikosianat dan riboflavin. Dalam larutan vitamin C, terdapat juga bentuk dehidro asam askrobat yang harus diubah menjadi asam askrobat.
2.4 Metode Analisa Warna Sampel
efek. Analisa warna sampel menggunakan metode RGB yang ada pada Adobe Photoshop.
Warna Additive dibuat dengan bersumber dari sinar. Pesawat televisi
maupun monitor komputer menggunakan sistem yang sama,
yakni Warna Additive Color. Sumber sinar pada kedua alat tersebut difilter dengan komponen warna merah, hijau dan biru (Red, Green, Blue). Ketiga warna ini selanjutnya akan menghasilkan spektrum warna yang dapat kita tonton baik melalui monitor maupun TV.
Di samping itu, di dalam bekerja dengan komputer anda hanya mengingat 3 konsep, yaitu:
Kombinasi antara 3 komponen warna Merah, Hijau dan Biru yang
dimaksimalkan (diberi intensitas yang maksimal) akan menghasilkan warna putih.
Sebaliknya jika 3 komponen tersebut dikombinasikan dan dikurangi
intensitasnya hingga habis, maka akan menghasilkan warna hitam. Ini sama seperti jika suatu sinar ditutup dengan rapat maka akan menghasilkan kegelapan.
Karena komponen warnanya terdiri dari Red, Green dan Blue, maka konsep warna ini dikenal juga dengan istilah RGB.
2.5 Jenis - Jenis Pengeringan
Jenis-jenis pengeringan berdasarkan karakteristik umum dari beberapa pengering konvensional dibagi atas 8 bagian, yaitu : (Arun S. Mujumdar, Chung Lim Law. 2009).
a) Baki atau wadah
b) Rotary
Pada jenis ini ruang pengering berbentuk silinder berputar sementara material yang dikeringkan jaruh di dalam ruang pengering. Medium pengering, umumnya udara panas, dimasukkan ke ruang pengering dan bersentuhan dengan material yang dikeringkan dengan arah menyilang. Alat penukar kalor yang dipasang di dalam ruang pengering untuk memungkinkan terjadinya konduksi.
c) Flash
Pengering dengan flash (flash dryer) digunakan untuk mengeringkan kandungan air yang ada di permukaan produk yang akan dikeringkan. Materi yang dikeringkan dimasukkan dan mengalir bersama medium pengering dan proses pengeringan terjadi saat aliran medium pengering ikut membawa produk yang dikeringkan. Setelah proses pengeringan selesai, produk yang dikeringkan akan dipisahkan dengan menggunakan hydrocyclone.
d) Spray
Teknik pengeringan spray umumnya digunakan untuk mengeringkan produk yang berbentuk cair atau larutan suspensi menjadi produk padat. Contohnya, proses pengeringan susu cair menjadi susu bubuk dan pengeringan produk-produk farmasi. Cara kerjanya adalah cairan yang akan dikeringkan dibuat dalam bentuk tetesan oleh atomizer dan dijatuhkan dari bagian atas. Medium pengering (umumnya udara panas) dialirkan dengan arah berlawanan atau searah dengan jatuhnya tetesan. Produk yang dikeringkan akan berbentuk padatan dan terbawa bersama medium pengering dan selanjutnya dipisahkan dengan hydrocyclone. e) Fluidized bed
f) Vacum
Pengeringan dengan memanfaatkan ruangan bertekanan udara rendah. Dimana pada ruangan tersebut tidak terjadi perpindahan panas, tetapi yang terjadi adalah perpindahan massa pada suhu rendah.
g) Membekukan
Pengeringan dengan menggunakan suhu yang sangat rendah. Biasanya digunakan pada produk-produk yang bernilai sangat tinggi, seperti produk farmasi dan zat-zat kimia lainnya.
h) Batch dryer
Pengeringan jenis ini hanya baik digunakan pada jumlah material yang sangat sedikit, seperti penggunaan pompa panas termasuk pompa panas kimia.
2.6 Matahari (Surya) 2.6.1 Karakteristik Matahari
Matahari adalah bintang terdekat dari bumi. Seperti halnya bintang yang lain, matahari memancarkan cahayanya sendiri. Cahaya yang terpancar dari matahari disebabkan oleh adanya reaksi fusi nuklir yang terjadi di inti matahari. Selain memancarkan cahaya, matahari juga menghasilkan energy yang sangat besar dalam bentuk panas. Energi dari proses reaksi di inti hingga terhantar ke permukaan matahari berlangsung melalui proses yang kompleks. Terjadinya reaksi nuklr di inti dan proses penghantarannya di bagian dalam matahari menyebabkan matahari selalu beraktivitas secara dinamis sepanjang waktu.
Gambar 2.1 Matahari
a) Inti matahari
Matahari bukanlah satu benda padat yang homogen, tetapiseperti bola gas raksasa yang terdiri atas lapisan- lapisan yang berbeda. Pada bagian inti, reaksi fusi nuklir berlangsung pada suhu sekitar 15 juta derajat Celcius. Inti matahari mengsisi sepertiga jari-jari terdalam dari matahari. Di sini, bergabung empat inti hydrogen membentuk satu buah inti helium. Reaksi ini menghasilkan energy yang sangat besar dalam bentuk gelombang electromagnet dan partikel. Energi yang besar ini kemudian merambat ke bagian yang lebih luar melalui cara radiasi atau pancaran.
b) Daerah radiasi
Bagian dalam matahari yang menghantarkan energy secara radiasi disebut sebagai daerah radiasi (radiation zone). Daerah radiasi ada pada bagian terluar inti matahari hingga jarak sekitar 0.8 jari-jari matahari. Daerah radiasi memiliki kerapatan yang sangat tinggi sehingga gelombang elektromagnetik dari inti matahari membutuhkan waktu hingga ratusan ribu tahun untuk sampai di bagian terluarnya. Pada bagian dasar daerah radiasi, suhunya mencapai 7 juta derajat Celcius, sedangkan bagian luarnya memiliki suhu 2 juta derajat Celcius.
c) Daerah konveksi
Di bagian luar daerah radiasi terdapat daerah konveksi. Di bagian ini, energy menjalar ke permukaan matahari melalui proses konveksi atau aliran. Aliran energy ini terbawa oleh medium plasma yang mengisi daerah konveksi. Plasma adalah gas yang terionisasi oleh suhu yang sangat tinggi sehingga electron-elektronnya terpisah dari atom atau molekulnya . Pada daerah konveksi, aliran plasma begitu kompleks sehingga menghasilkan medan magnet yang berfluktuasi sepanjang waktu. Dinamika medan magnet ini sangat aktif sehingga mempengaruhi munculnya beragam aktivitas di permukaan matahari. Aktivitas matahari ini kadang teramati dari bumi dan sering mengakibatkan pengaruh yang besar terhadap kondisi cuaca antariksa secara keseluruhan.
sekitar 6000 derajat Celcius. Sebagian dari proses konveksi tampak di fotosfer berupa luapan plasma seperti gelembung yang disebut granula. Di fotosfer juga terjadi beberapa aktivitas matahari akibat dari dinamika medan magnet di daerah konveksi.
Di atas fotosfer terdapat lapisan atmosfer matahari yang disebut kromosfer. Kromosfer memiliki suhu antara 4500 hingga 25.000 derajat Celcius. Suhu di atas kromosfer meningkat dengan tajam hingga mencapai 2 juta derajat Celcius pada daerah yang dinamakan korona. Meskipun jauh lebih panas dari permukaan matahari, korona lebih redup darinya sehingga tidak tampak dari bumi kecuali pada saat gerhana matahari. Pada bagian atmosfer matahari ini terjadi beberapa aktivitas matahari yang dapat berpengaruh pada cuaca anatraiksa.
2.6.2 Teori Dasar Radiasi Surya
Radiasi adalah proses perpindahan panas tampa melalui media. Bila energi radiasi menimpa permukaan suatu bahan, maka sebagian akan dipantulkan (refleksi) , sebagian lagi akan diserap (absorbsi) dan sebagian lagi akan diteruskan (transmisi). Kebanyakan benda padat tidak bisa mentransmisikan radiasi thermal sehingga penerapan transmisivitas dianggap no l.
Terdapat dua jenis pantulan radiasi yaitu spekular dan diffuse. Jika sudut pantulan radiasi sama, maka pantulannya disebut spektular. Jika sudut pantulannya beragam ke semua arah maka pantulannya adalah diffuse.
Atmosfer bumi terdiri atas empat lapisan dari yang terdekat dari permukaan bumi yaitu troposfer (0-10 km), stratosfer (10-40 km), mesosfer (40-50 km), dan thermosfer (50-300 km).
Gambar 2.3 Lapisan atmosfer bumi
Radiasi yang sampai di lapisan thermosfer dilambangkan (Gon). Radiasi
yang diteruskan ke permukaan bumi dilambangkan (Gbeam). Radiasi akibat
pemantulan dan pembiasan dilambangkan (Gdiffuse).
2.6.3 Rumusan Radiasi Surya
Matahari mempunyai diameter 1,39×109 m. Bumi mengelilingi matahari dengan lintasan berbentuk ellipse dan matahari berada pada salah satu pusatnya. Jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49×1011 m.
Gambar 2.4 Pergerakan bumi terhadap matahari
Untuk menghitung radiasi pada hari ke- n, diperlukan rumusan Duffie dan Beckmann (1991):
Gambar 2.5 Hubungan matahari dan bumi
Persamaan radiasi pada atmosfer yang diajukan oleh Spencer pada tahun 1971. Gon = Gsc (1,00011 + 0,034221 cos B + 0,00128 sin B + 0,000719 cos 2B
+ 0,000077 sin 2B) ... .(2.3) dengan nilai B (konstanta hari) sebagai berikut :
B =
n−1 360365
...
(2.4) Dimana :Gsc = Daya radiasi rata-rata yang diterima atmosfer bumi (1367 W/m2)
B = konstanta yang bergantung pada nilai n Gon = radiasi yang diterima atmosfer bumi (W/m2)
Tabel 2.3 Urutan Hari Berdasarkan Bulan
(Sumber: Duffle, 2006)
Beberapa Istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi adalah : a) Air Mass (m)
Adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi pada posisi tertentu dengan massa udara yang dilalui sinar jika matahari tepat pada posisi zenit. Artinya pada posisi tegak lurus (zenit =0) nilai m=1 , pada sudut zenith 600, m=2. Pada sudut zenit dari 00-700.
Radiasi energy surya dari matahari yang telah dibelokkan oleh atmosfer.
d) Total Radiation
Adalah jumlah beam dan diffuse radiation.
e) Irradiance (W/m2)
Adalah laju energi radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan
luas permukaan tersebut Solar irradiance biasanya disimbolkan dengan G. Dalam bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut dengan Intensitas radiasi.
f) Irradiation atau Radian Exposure (J/m2) Jumlah energi radiasi (bukan laju) yang diterima suatu permukaan dalam interval waktu tertentu. Besaran ini didapat dengan mengintegralkan G pada interval waktu yang diinginkan, misalnya untuk 1 hari biasa disimbolkan H dan untuk 1 jam biasa disimbolkan I.
g) Solar Time atau Jam Matahari
Adalah waktu berdasarkan pergerakan semu matahari di langit pada tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda dengan ada pada bujur timur, maka gunakan tanda minus didepan angka 4 dan jika bujur barat adalah tanda plus. E adalah equation of time, dalam satuan menit dirumuskan oleh Spencer pada tahun 1971.
E = 229,2(0,000075 + 0,001868 cos B - 0,032077 sin B - 0,014615 cos 2B - 0,04089 sin 2B) ... .(2.7)
Dimana : B = konstanta yang bergantung pada nilai n E = faktor persamaan waktu
Gambar 2.6 Sudut sinar dan posisi sinar matahari
Slope adalah sudut antara permukaan yang dianalisis dengan horizontal. Nilai 0 ≤ ≤ 900. permukaan adalah sudut penyimpangan sinar
pada bidang proyeksi dimana 0o pada selatan dan positif ke barat. Sudut
penyinaran (angle accident) adalah sudut yang dibentuk sinar dan garis normal dari suatu permukaan. Sudut zenith z adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap garis zenith. Sudut ketinggian matahari αs (solar altitude angel) adalah sudut antara sinar dengan permukaan. Sudut azimut matahari s
adalah sudut antara proyeksi matahari terhadap se latan, ke timur adalah negatif dan ke barat adalah positif.
Sudut lain yang sering digunakan dalam menentukan jumlah radiasi yang dapat diterima oleh sebuah permukaan di bumi antara lain sudut deklinasi
δ , yaitu kemiringan sumbu matahari terhadap garis normalnya. Kemudian sudut jam ω adalah sudut pergeseran semu matahari dari dari garis siang.
Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam, ω berkurang 150 dan setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 1η0. Artinya tepat
pukul 1β.00 siang, ω=0 , pukul 11.00 pagi ω= -150 dan pukul 14.00, ω = γ00.
Spencer (1971) mengajukan persamaan untuk menghitung sudut deklinasi :
= C1 + C2CosB + C3sinB + C4cos2B + C5sin2B + C6cos3B + C7sin3B ...(2.8)
Dimana = sudut deklinasi (rad)
C2 = -0.399912 C6 = -0.002679
C3 = 0.070257 C7 = 0.00148
C4 = -0.006758
Nilai B dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2) dan n adalah urutan hari pada suatu tahun. Berdasarkan bulan yang diketahui ditampilkan pada Tabel 2.1.
Sudut zenith ( z) adalah sudut yang dibentuk garis sinar terhadap
garis zenith. Cosinus sudut zenith dapat dicari melalui persamaan berikut:
cos z= cos φ cos δ cos ω + sin φ sin δ ... (2.9)
Dimana z = Sudut zenith
φ = Sudut posisi lintang
= Sudut deklinasi.
ω = Sudut jam matahari.
Sudut jam matahari (ω) dihitung berdasarkan jam matahari. Definisi sudut
jam matahari adalah sudut pergeseran semu matahari dari garis siangnya. Perhitungan berdasarkan jam matahari (ST), setiap berkurang 1 jam , ω berkurang 15o, setiap bertambah 1 jam, ω bertambah 1ηo .
Dengan estimasi langit cerah, fraksi radiasi matahari yang diteruskan dari atmosphere ke permukaan bumi (Duffle, 2006) adalah:
Radiasi yang dapat ditangkap oleh luasan kolektor dengan asumsi effisiensi kaca 90%, intensitas radiasi diperoleh dari alat ukur, dan dihitung permenit, sehingga energi radiasi dapat di hitung mengunakan rumus :
Q = I A Δt 90% ... (2.15)
Kolektor surya merupakan sebuah alat yang mampu menyerap sinar radiasi matahari, sehingga dapat memanaskan udara yang ada di dalam ruang kolektor tersebut. Panas di dalam ruang kolektor dapat digunakan untuk berbagai keperluan salah satunya adalah untuk pengeringan di dalam bidang pertanian.
2.7.1 Komponen-komponen Kolektor Surya
Kolektor datar dan konsentrator merupakan alat yang digunakan untuk mengumpulkan energi radiasi surya sedemikian sehingga energi termal yang dihasilkan dapat dimanfaatkan secara lebih praktis untuk berbagai proses. Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu:
a) Cover (penutup) transparan
Cover berfungsi untuk meyerap panas dari sinar radiasi matahari dan untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju lingkungan.
b) Absorber
Absorber berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari dan dengan panas tersebut digunakan untuk memanaskan udara yang ada di dalam kolektor.
c) Kanal
d) Isolator
Isolator berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan.
e) Frame
Frame berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor.
Gambar 2.7 Komponen-komponen umum kolektor
Panas dari absorber dimanfaatkan melalui penukar panas ke media pembawa panas. Media pembawa panas yang umum digunakan dapat merupakan udara atau air. Ketika menggunakan air sebagai media, absorber akan mengkonduksikan panas menuju ke permukaan pipa-pipa bagian luar. Selanjutnya berlangsung konduksi panas dari permukaan luar ke permukaan dalam. Dengan proses konveksi, panas akan berpindah dari permukaan dalam ke air yang mengalir di dalam pipa tersebut, sehingga suhu air akan meningkat. Air dengan suhu yang tinggi kemudian dimanfaatkan pada di bagian lain di luar kolektor datar. Proses yang mirip terjadi ketika udara digunakan sebagai media pembawa panas, namun dalam hal ini pipa jarang digunakan. Udara di atas (atau di bawah) absorber dipanaskan melalui proses konveksi akibat kontak langsung dengan absorber. Udara dengan suhu tinggi ini kemudian dialirkan keluar kolektor untuk dimanfaatkan pada proses-proses yang memerlukan udara panas.
Absorbtivitas merupakan porsi cahaya yang diserap oleh suatu objek; transmisivitas merupakan porsi cahaya yang d iteruskan oleh suatu objek; sedangkan koefisien pindah panas keseluruhan merupakan daya hantar panas atau kebalikan dari resistansi panas.
2.7.2 Macam-macam Kolektor Surya
Terdapat empat jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan pengklasifikasian kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya yaitu :
a) Flat-Plate Collectors ( Kolektor Pelat Datar )
Keuntungan utama dari sebuah kolektor surya plat datar adalah bahwa memanfaatkan kedua komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan sebaran, tidak memerlukan tracking matahari dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang murah. Pada umumnya kolektor jenis ini digunakan untuk memanaskan ruangan dalam rumah, pengkondisian udara, dan proses-proses pemanasan dalam industri.
Gambar 2.8 Kolektor surya pelat datar (Sumber: daviddarling.info) b) Prismatic Solar Colector ( Kolektor Surya Prismatik )
Kolektor surya tipe prismatik dapat digolongkan dalam kolektor plat datar dengan permukaan kolektor berbentuk prisma yang tersusun dari 4 bidang yang membentuk prisma, 2 bidang berbentuk segi-tiga sama kaki dan 2 bidang yang lain berbentuk segi-empat siku-siku. Keunggulan dari kolektor surya tipe prismatik ini adalah kemampuannya untuk dapat menerima energi radiasi matahari dari segala posisi matahari.
Gambar 2.9 Kolektor surya prismatic c) Concentrating Collectors( Kolektor Surya Konsentrasi )
absorber. Berdasarkan komponen absorber-nya jenis ini dikelompokan menjadi dua jenis yaitu line focus dan point focus.
Gambar 2.10 Kolektor surya konsentrator (Sumber: interestingenergyfacts.blogspot.com) d) Evacuated Tube Collectors
Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi
dibandingkan dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya.
Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan cover-nya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan.
Gambar 2.11Evacuated tube collector
2.8 Perpindahan Panas
Apabila dua logam saling berhimpitan dan suhu-suhu benda itu berbeda, maka akan terjadi proses perpindahan panas dari benda yang panas menuju benda yang lebih dingin, sehingga menyebabkan suhu keduanya menjadi sama.
Perpindahan panas dibagi menjadi tiga klasifikasi, yaitu perpindahan panas konduksi, konveksi, dan radiasi. Untuk lebih mengetahui defenisi dari klasifikasi perpindahan panas ini dapat kita lihat pada penjelasan di bawah ini.
2.8.1 Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas secara konduksi adalah perpindahan panas dari partikel yang bertemperatur tinggi ke partikel yang bertemperatur rendah sebagai hasil dari interaksi antar partikel tersebut. Karena partikelnya tidak berpindah, umumnya konduksi terjadi pada medium padat atau benda padat lainnya. Perpindahan panas di sini terjadi akibat interaksi antara partikel tanpa diikuti perpindahan partikelnya. Dimana pada alat ini terjadi pada peristiwa kehilangan panas dari kolektor surya yang hilang melewati dinding-dinding dari kolektor.
Gambar 2.12 Perpindahan panas konduksi.
.
c = laju perpindahan panas (Watt)
k = konduktivitas thermal ( W /m.K)
A = luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)
= gradien temperatur dalam aliran panas (K/m)
2.8.2 Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas secara konveksi adalah adalah perpindahan panas antara permukaan padat yang berbatasan dengan fluida yang mengalir. Fluida di sini bisa dalam fasa cair atau fasa gas. Syarat utama mekanisme perpindahan panas konveksi adalah adanya aliran fluida. Perpindahan panas konveksi pada alat ini terjadi pada fluida kerja yang digunakan (udara).
Gambar 2.13 Perpindahan panas konveksi.
Gambar 2.14 Perpindahan panas konveksi pada plat datar. Bilangan Reynold dirumuskan sebagai berikut:
Dengan pembagian jenis aliran berdasarkan bilangan Reynold sebagai berikut:
Re < 5x105 Laminar
Re > 5x105 Turbulent
2.8.3 Perpindahan Panas Radiasi
Perpindahan panas secara radiasi adalah proses perpindahan panas melalui gelombang elektromagnetik atau paket-paket energi (photon) yang dapat dibawa sampai pada jarak yang sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan medium. Berbeda dengan mekanisme konduksi dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan medium perpindahan panas. Sampainya sinar matahari kepermukaan bumi adalah adalah contoh yang paling jelas dari perpindahan panas radiasi. Perpindahan panas radiasi pada alat ini terjadi padakolektor surya.
Gambar 2.15 Perpindahan Panas Radiasi. Perpindahan panas secara radiasi dirumuskan sebagai berikut:
.
4 . .
. s s
r E T
Q ... (2.19)
Dimana: Qr = laju perpindahan panas radiasi (W) = emisivitas panas permukaan ( 0 1)
= konstanta Stefan Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m2K4)
A = luas permukaan (m2)
2.8.4 Perpindahan Massa
Koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient) mempunyai analogi dengan koefisien perpindahan panas, sehingga dapat didefinisikan seperti halnya perpindahan panas.
Difusivitas yang terjadi pada keadaan steady yang melintasi ketebalan
lapisan batas setebal Δy, adalah :
� = 1− 2
= ℎ 1− 2 ... (2.21)
Berdasarkan hukum-hukum fenomena dalam persamaan yang mengatur perpindahan massa, momentum dan energi mempunyai keserupaan, sehingga profil suhu, kecepatan dan konsentrasi mempunyai bentuk yang sama dalam fenomena lapisan batas.
Karena fenomena yang terjadi dalam lapisan batas mempunyai analogi terhadap hubungan antara profil kecepatan, profil konsentrasi massa dan profil suhu sehingga dalam persoalan perpindahan panas, hubungan fungsional koefisien pindah panas dapat dituliskan dalam bentuk :
ℎ
� = , � ... (2.22)
Sedangkan dalam hal perpindahan massa, hubungan fungsional koefisien pindah massa dapat dinyatakan dalam bentuk :
ℎ
= , � ... (2.23)
Bilangan Schmidt (SC=v/DAB) menyatakan perbandingan antara profil kecepatan dan konsentrasi, sedangkan untuk profil suhu dan konsentrasi dinyatakan dalam bentuk bilangan Lewis (Le =α/DAB). Keserupaan antara persamaan-persamaan yang mengatur perpindahan massa, momentum dan energi dalam lapisan batas memberi petunjuk bahwa korelasi empirik untuk koefisien perpindahan massa mempunyai analogi dengan koefisien perpindahan panas. Hubungan empirik untuk koefisien perpindahan massa ini dinyatakan oleh Gilliland (1934) dalam Holman (1981) dalam bentuk persamaan :
Analogi Reynold untuk perpindahan panas dengan koefisien gesek pada lapisan batas dapat pula digunakan untuk menentukan koefisien perpindahan massa dengan koefisien gesek pada lapisan batas, pada aliran laminar, Holman, J.P, (1981) memberikan bentuk persamaan seperti berikut :
untuk perpindahan panas : ℎ
� �
2 3=
8 ... (2.25)
untuk perpindahan massa : ℎ
� �
2 3=
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Pendahuluan
Penelitian dilakukan pada bulan April 2014 sampai dengan Mei 2014. Lokasi Penelitian bertempat di Lantai 4 Gedung Magister Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, yaitu pada posisi 3,43 0LU dan 98,44 0BT Perencanaan mesin pengering meliputi kolektor dan boks pengering.
Kolektor surya adalah alat untuk mengkonversikan energi surya kedalam energi panas. Pada absorber, radiasi surya di serap, kemudian dilalui fluida kerja udara sebagai pembawa energi panas menuju boks pengering. Perencanaan kolektor yang akan dibahas meliputi plat absorber, penutup transparan, isolasi, saluran udara, rangka kolektor dan penyimpan energi. Pada boks terdapat rak tray
dan cerobong. Rak tray berfungsi sebagai tempat meletakkan sampel, sementara cerobong berfungsi sebagai tempat keluarnya udara dari boks.
Perencanaan mesin pengering bertujuan untuk membantu para petani dalam mengolah hasil produksi perkebunan dan pertanian. Oleh karena itu pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam perencanaan mesin pengering yaitu: ekonomis, produktifitas tinggi, mudah pembuatan, kuat dan mudah dioperasikan.
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan 3.2.1. Peralatan pengujian
Adapun beberapa alat pengujian yang digunakan adalah : 1. Laptop
Gambar 3.1 Laptop Spesifikasi:
a. MSi VR440 series
b. Intel pentium dual-core processor
c. Usb 2.0 d. 14"widescreen
e. Express card/reader 4 in 1 f. Os: Microsoft windows xp
2. Agilient 34972 A
Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan pada flashdisk yang dicolokkan pada bagian belakang alat ini.
Gambar 3.2Agilient 34972 A
a. Daya 35 Watt
b. Jumlahsaluran termokopel 20 buah c. Tegangan 250 Volt
d. Mempunyai 3 saluran utama
e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik f. Mempunyai 8 tombol panel dan system kontrol
g. Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel,
3. USB Load cell
Load Cell terhubung kekomputer dan digunakan untuk mengukur berat produk yang akan dikeringkan secara real time. Pada komputer terdapat
software yang berfungsi mencatat hasil pengukuran selama
pengeringan.Tujuannya adalah untuk mengetahui seberapa besar
pengurangan berat produk setelah mengalami proses pengeringan dengan alat pengering.
Gambar 3.4 Load Cell
Tabel 3.1 Spesifikasi Load Cell
Capacity 12 kg / 25lb
Operating Temp Range -20 to +60 0C
Accuracy 3gr / 0.1oz
Zero Ballance ±0.1000mv/V
Safe Overload 150%R.C.
Cabel Length 42 m
4. Hobo Microstation Data Logger
Alat ini di hubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya. Dengan Spesifikasi :
a. Skala pengoperasian : 20 o C -50 o C dengan baterai alkalin 40oC -70 o C dengan baterai lithium b. Input Processor : 3 buah sensor pintar multi channel
monitoring
c. Ukuran : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm
e. Memori : 512 Kb Penyimpanan data nonvolatile flash
f. Interval Pengukuran : 1 detik – 18 jam (tergantung pengguna) g. AkurasiWaktu : 0 – 2 detik
Gambar 3.5 Hobo Microstation data logger
Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Microstation data logger yaitu :
1. Pyranometer
Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi. Satuan alat ukur ini adalah W/m2.
Tabel 3.2Spesifikasi Pyranometer
Parameter pengukuran
intensitas radiasi dengan interval 1 detik
Rentang Pengukuran
0 sampai 1280 W/m2
Temperatur kerja Temperatur : -40°C to 75°C (-40°F to 167°F)
Akurasi ±10.0 W/m2 or ±5% . Tambahan temperatur
error 0.38 W/m2/°C from 25°C (0.21 W/m2/°F
from 77°F)
Penyimpangan < ±2% per Year
Spektrum cahaya 300 to 1100 nm
Error kosinus ±5%: 0° to 70° dari Vertikal
±10%: 70° to 80° dari Vertikal
Error Azimuth ±2% error pada 45° dari Vertikal, 360°
Rotation
Housing Anodized Aluminum Housing with Acrylic
Diffuser and O-Ring Seal
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat ukur ini adalah m/s. Berikut adalah spesifikasi wind velocity sensor.
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity sensor
Parameter
Operasi kerja Temperatur: -40C to 75C (-40F to 167F)
Akurasi ±1.1 m/s (2.4 mph) atau 4%
Radius pengukuran 3 Meter
Housing 3 buah Anemometer dengan bantalan
Beryllium
Panjang kabel 3.0 Meters (10 ft)
Dimensi 190 cm x 51 cm (7.5" x 3.2")
Berat 300 gram (10 oz)
3. Ambient Measurement apparatus
Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar. Satuan alat ukur ini adalah °C. Dengan spesifikasi:
Tabel 3.4 Spesifikasi Measurement apparatus
Rentang
Penyimpangan 0.05°C/yr + 0.1°C/1000 hrs above 100°C
Waktu Respon Water: 3.5 minutes to 90%
Air: 10 minutes to 90% ( Moving at 1m/sec)
Akurasi Waktu ±2 Minutes per Month at 25°C (77°F)
Sampling Rate 1 Second to 18 Hours
kapasitas
penyimpanan data
43,000 12-bit Samples/Readings
Konstruksi housing 316L Stainless Steel with O-ring seal
Tekanan/kedalaman kerja
2200 psi (1500 m/4900 ft) maximum
Lingkungan kerja Air, Water, Steam (0 to 100% RH)
Berat 72 g (2.5 oz)
4. T and RH Smart Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban. Besarnya nilai yang diukur oleh alat ini dalam persen (%).
Tabel 3.5 Spesifikasi T and RH smart sensor
Channel 1 Channel kelembapan
Rentangpengukuran -40°C - 100 °C (-40°F - 212°F)
Akurasi < ±0.2°C - 0°C sampai 50°C (<
±0.36°F @ 32°C-122°F)
Resolusi < ±0.03°C dari 0 °C - 50°C
(< ±0.054°F dari 32°F - 122°F)
Penyimpangan < ±0.1°C (0.18°F)/tahun
WaktuRespon kurang 2.5 Menit sampai RH 90%
dalam 1 m/det gerakan udara
Housing Stainless Steel Sensor Tip
Pilihan operasi pengukuran Tersedia
Kondisi Lingkungan kabel dan Sensor Tahan air selama
1 tahun dengan Temperatur sampai 50°C
Berat w/ 17 Meter Cable: 880 grams (12.0
oz)
Dimensi 7 mm x 38 mm (.28" x 1.50") -
Gambar 3.6 Alat ukur Hobo Microstation data logger
Keterangan :
1. Pyranometer
2. Wind Velocity Sensor
3. Ambient Measurement apparatus
4. T and RH Smart Sensor
5. Mesin Pengering
Mesin pengering ini menggunakan tenaga surya untuk melakukan proses pengeringan. Panas ditangkap melalui kolektor dan kemudian panas ini dialirkan sebagai pemanas ruang boks pengering.
Spesifikasi : a) Kolektor
Tipe : Plat Bersirip
Luas : 2 x 1,76m2
Kemiringan : 45o
b) Bak Pengering
Panjang bak pengering : 2 m
Lebar bak pengering : 1 m
Tinggi bak pengering : 0,75 m
Tinggi kaki bak pengering : 1,4m
1 3
2
Gambar 3.7 Mesin Pengering
3.3. Bahan Pengujian
Bahan yang digunakan dalam pengujian ini adalah: 1. Cabai Merah
Bahan yang dipergunakan dalam proses pengeringan ini adalah cabai merah yang mempunyai kadar air sekitar 70-90% yang akan dikeringkan untuk mencapai kadar air 15%-10%, merupakan standar kering cabai merah. 2. Triplek
Gambar 3.8 Triplek
3. Rock Wool
Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator, digunakan untuk mencegah panas dari solar collector hilang keluar. Jenis Rock Wool yang dipakai
adalah jenis Wire Mesh yang memiliki konduktivitas 0.042 � ��.
Gambar 3.9 Rockwool 4. Kaca
Gambar 3.10 Kaca
5. Polystyrene/Styrofoam
Bahan ini digunakan sebagai lapisan isolator,digunakan untuk mencegah panas dari solar collector hilang keluar.
Gambar 3.11 Styrofoam
6. Plat Aluminium.
Gambar 3.12 Pelat Aluminium
7. Lem kaca
Bahan ini digunakan untuk merekatkan kaca pada kolektor
Gambar 3.13 Lem Kaca 8. Cat
Bahan ini digunakan untuk mencat pelat seng.Cat yang digunakan adalah cat berwarna gelap (hitam).
3.4 Persiapan Pengujian
Pengujian dimulai dengan menghubungkan kabel-kabel termokopel antara
agilient dan parameter-parameter yang akan diukur temperaturnya. Flashdisk
dimasukkan ke agilient untuk pencatatan/penyimpanan data selama pengukuran. Setelah agilient membaca temperatur selama waktu yang telah diatur, flashdisk
dicabut dan dibaca dalam bentuk Microsoft Excel pada komputer.
3.5 Prosedur Pengujian
Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini merupakan analisa yang diteliti oleh penulis, yaitu: mengetahui kadar a ir dan kandungan vit.C yang terdapat dalam cabai merah sebelum dan sesudah pengujian, mengukur temperature dan kelembaban udara yang ada didalam ruangan pengering dan mengamati perubahan warna cabai akibat pengering.
Adapun prosedur pengujian yang dilakukan adalah :
1. Komponen alat pengering (kolektor, bak pengering, dan kaki bak pengering) dipersiapkan.
2. Alat pengering dipasang dalam posisi yang baik dan benar.
3. Kabel-kabel termo couple dari agilient dipasang pada plat absorber, ruang pengering dan inti cabai.
4. Load cell dihidupkan, sebelum merekam data load cell ditare kan terlebih dahulu agar di layar laptop massa berada pada posis 0 gr.
5. Parameter-parameter yang akan diukur dihubungkan ke data logger dan laptop.
6. Cabai ditimbang dan dimasukkan kedalam ruang p engering. 7. Proses perekaman data dimulai.
8. Pengeringan dilakukan sampai massa cabai merah mencapai titik equilibrium.
Adapun penelitian ini dilakukan melaui beberapa tahapan proses seperti dapat dilihat pada diagram alir (flowchart) pada gambar 3.16 berikut :
Analisa awal:
Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian Persiapan Bahan
Penimbangan Sampel
Pengambilan Gambar Awal
Pembelahan Sampel Sampel Utuh
BAB IV
DATA DAN ANALISA DATA
4.1 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation)
4.1.1 Analisa Radiasi Surya (Solar Radiation) Untuk Sampel 1
a. Analisa Radiasi Surya Hasil Pengukuran
Kita dapat menghitung data radiasi surya secara pengukuran dengan menggunakan sensor radiasi. Sensor radiasi yang digunakan pada penelitian ini adalah Hobo Micro Station Data Logger. Alat ukur ini dapat menghitung data radiasi surya, kecepatan angin, temperature, dan RH. Sehingga kita dapat melihat data-data dari sensor tersebut secara bersamaan dalam bentuk Microsoft Excel.
Sensor ini dapat mencatat data-data dalam interval waktu 15 menit. Alat ukur
Hobo Micro Station Data Logger ini berada di Laboratorium Teknik Pendingin Departement Pasca Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin.
Data radiasi surya pada tanggal 25 April 2014 adalah: Tabel 4.1 Data Radiasi Pengukuran 25 April 2014
Waktu Radiasi Matahari (W/m²) Waktu Radiasi Matahari (W/m²)
11:15 771.9 16:00 135.6
NB: Untuk data yang lebih lengkap lihat pada lampiran.
Dari data radiasi pengukuran, radiasi rata-rata pada tanggal 25 April 2014 mulai pukul 09.00 WIB – 17.00 WIB adalah 522.6027 W/m2.
b. Perhitungan Radiasi Pada Kondisi Langit Cerah.
Selain dengan menggunakan pengukuran langsung dengan
menggunakan bantuan alat ukur data radiasi surya (solar radiation) dapat dihitung menggunakan hitungan radiasi pada kondisi langit cerah dengan menggunakan pendekatan analitik. Sehingga perhitungan radiasi surya secara hitungan radiasi pada kondisi langit cerah untuk tanggal 25 April 2014 dikota Medan dapat diketahui. Analisa radiasi surya menggunakan hitungan radiasi pada kondisi langit cerah adalah sebagai berikut:
Posisi lintang :3.340LU( 3.340) dan 98.440BT (Lloc=98,44)
Ketinggian dari permukaan laut :37.5m (Altitud A=0.0375)
Waktu meridian (7 + GMT) :7 x 15 =1050(Lst=1050) {Standart Meridian}
Urutan hari :n (ditampilkan pada tabel 4.2)
Tabel 4.2 Perhitungan Urutan Hari Berdasarkan Bulan
Juli
Maka urutan hari untuk tanggal 25 April 2014 adalah:
n = 90 + i
= 90 +25 = 115
Sehingga konstanta hari dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini:
B =
Radiasi matahari sebelum masuk ke atmosphere bumi adalah:
Gon = Gsc (1.00011 + 0.034221 cosB + 0.00128 sinB + 0.000719 cos2B +
0.000077 sin2B)
= 1376 (1.00011 + 0.034221 cos(112.4383562) + 0.00128 sin(112.4383562) + 0.000719 cos2(112.4383562) + 0.000077 sin2(112.4383562))
= 1359.030443 W/m2
Faktor persamaan waktu (Equetiion of time) adalah:
E = 229.2(0.000075 + 0.001868 cosB – 0.032077 sinB – 0.014615 cos2B – 0.04089 sin2B)
=229.2(0.000075 + 0.001868 cos(112.4383562) – 0.032077 sin
(112.4383562) – 0.014615 cos2(112.4383562) – 0.04089
sin2(112.4383562))
Untuk menghitung selisih antara jam matahari dengan jam local kita gunakan persamaan berikut:
ST – STD = -4 x (Lst - Lloc) + E
= -4 x (105 – 99.84) + (2.044) = -25.95520968 menit
Dengan menggunakan persamaan 2.6 diperoleh sudut deklinasi sebagai berikut:
= C1 + C2CosB + C3sinB + C4cos2B + C5sin2B + C6cos3B + C7sin3B
= 0.006918 – 3.99912 cos(112.4383562) + 0.070251 sin(112.4383562) – 0.006758 cos2(112.4383562) + 0.000907 sin2(112.4383562) – 0.002679 cos3(112.4383562) + 0.00148 sin3(112.4383562)
= 0.225604126 rad = 12.920963570
Sudut pergeseran semu matahari yang diukur dari siang hari yang diukur pada pukul 09.00 WIB adalah sebagai berikut:
ω = 1η (STD – 12) + (ST – STD) x 60 15
misal pada pukul 09.00, maka STD =9
ω = 15 (9 – 12) + (-25.95520968) x 60 15
= -66.488802420
Setelah mendapat nilai sudut semu matahari kita dapat menghitung cosinus sudut zenith pada pukul 09.00 WIB
Cos z = Cosφ Cosδ Cosω + Cosφ Sinδ
Fraksi radiasi yang diteruskan untuk ke atmosphere bumi pada pukul 09.00 WIB dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
b Untuk daerah tropis k = 1.2 (tabel 2.2)
k = 0.02711 + 0.01858(2.5 – 0.0375)2
k = 0.383767378
Maka nilai b dapat dihitung sebagai berikut:
b
Dengan menggunakan persamaan 2.10 diperoleh radiasi matahari yang jatuh langsung ke permukaan bumi pada pukul 09.00 WIB
beam
G = GonbCosz
